土木工程地质，触探试验成果

触探试验的基本原理是：将一个特制的探头（触探器）通过探杆用静力（或动力）的方式压（或击）入土层中，根据测得的贯入阻力大小或贯入一定深度的击数来判断土的物理力学性质。该试验是一种成本低、效率高、机械化程度高、具有发展前途的野外测试技术。按施加压力方式的不同。可分为静力触探和动力触探两类。缺点是需要工人的经验作为评判标准，难免不准确；各地也没有一个触探击数与岩土体承载力的对应值；岩土体形成的地质年代不同，同样击数情况下，岩土体的强度也不同，因此，触探试验是对地层的一个大概了解。

1.静力触探

静力触探就是用静力将锥形探头按一定速率压入土层中，用电力仪表来测量探头所受土体阻力大小的触探方法。利用它可以对土体进行分层、确定土体承载力、变形模量等指标。它适用于黏性土和砂类土，尤其对地下水位以下及不易取样的松散土、淤泥质土体实用价值更大，一般不适用于砾质土。

（1）仪器设备简介。目前，使用的静力触探仪有机械式和油压式两类，如图9-12所示为油压式触探仪。其设备都由两大部分组成：一部分是加压系统，包括压力传动和反力装置（汽油机、油泵、反力架等）；另一部分是量测系统（探头、电缆、量测仪表），其中探头是关键部件，可分为单桥探头和双桥探头，前者只能测得锥头阻力，后者分别测得锥头阻力与侧壁摩擦阻力。目前，一种能同时测得阻力和孔隙水压力的新型探头在开始使用，使得触探资料应用价值更广。

（2）试验成果及应用。根据测得探头任一贯入深度的应变读数εi，扣除初始读数ε0，便可计算这一深度上的应变量值ε（ε＝εi－ε0）。因而，分别可得到单桥探头或双桥探头锥头及侧壁的应变量。有了ε值，就可以从室内事先分别率定的曲线上由以下各式换算得到：比贯入阻力Ps（单桥探头），锥尖阻力qC及侧壁摩擦阻力fS（双桥探头），摩阻比FR（双桥探头）。

式中　αp、αq、αf——单桥探头及双桥探头锥头和侧壁传感器的率定系数，kPa/微应变；

εp、εq、εf——单桥探头应变量及双桥探头的锥头和侧壁的应变量，微应变。

图9-12　双缸液压式静力触探仪结构图

1—汽油机；2—油箱；3—油泵；4—进油路；5—回油路；6—溢流阀；7—压力表；8—手动转向阀；9—稳压节流阀；10—高压油管；11—阀架；12—油缸；13—接应变仪电缆；14—触探杆；15—长杆器；16—触探头；17—底架；18—枕木

此外，可以作出各指标随触探深度变化的曲线。

上述指标和试验曲线可应用于以下几方面：

（1）确定地基土的承载力基本值和变形模量。我国许多勘察单位根据触探成果ps或qC对比载荷试验或室内土工实验数据，采用数理统计分析后，建立了许多适宜于某一地区和某一土性的诸多经验公式，应用时可查阅有关手册和规范。

（2）土层划分和定名。根据实测ps值的变化幅度，可划分为同一类土层。无论分层还是对土层分类，都是以锥头阻力作为主要依据，为了提高分层（类）精度，值得注意的是，锥头阻力在曲线反应上具有滞后效应，因此应注意结合触探试验曲线的变化情况及该地区已有经验将其滞后反应部分剔除，以达到真实反映地质体的原位效果。

除上述两方面应用之外，尚可根据触探资料确定单桩承载力，结合当地的实验室资料以及载荷试验资料初步确定土体的承载力、检验土的密实度和黏土抗剪强度等。

2.标准贯入试验

标准贯入试验是动力触探类型之一。它利用规定重量的穿心锤，从恒定高度上自由下落，将一定规格的探头打入土中，根据打入的难易程度来判别土的性质的勘探方法。

该试验适用于砂土、粉土和一般黏性土。可确定砂类土、细粒土和人工填土的承载力；判断天然砂土的密度、振动液化以及细粒土的稠度状态等。试验孔采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水位；锤击速度不应超过30击/min；钻至试验标高以上15cm处，清除孔底残土后再进行试验。

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图9-13　标准贯入试验设备（单位：mm）

1—穿心锤；2—锤垫；3—触探杆；4—贯入器头；5—出水孔；6—贯入器身；7—贯入器靴

（1）仪器设备简介。试验装置如图9-13所示。主要由三部分组成：①触探头，标准贯入试验探头为两个一定规格的半圆合成的圆筒，它最大优点是在触探过程中配合取土样，以便室内测试分析，这种探头为标准贯入器；②触探杆（钻杆）通用为外径42mm的圆形钢管，它起到传力作用；③穿心锤，标准贯入试验穿心锤质量63.5kg，每次规定自由落距为76cm。

该试验按上述规定的穿心锤质量和落距，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，锤击速率应小于30击/min，记录时记录每打入土中10cm锤击数，累计打入30cm锤击数为标准贯入试验锤击数N。如果击数已达50击，贯入深度未达到30cm时，可记录50击的实际贯入深度，按下式换算成相当于30cm的标准贯入试验锤击数，并终止试验。

式中　ΔS——50击时的贯入度，cm。

（2）试验成果及其应用。试验所得到的指标N表示探头贯入土中的难易程度，据此，可以判别土的性质。随着触探深度加大，所得击数N实际上受到了探杆质量及杆壁摩擦力的影响，此时，应根据杆长对N加以修正。

式中　α——杆长校正系数（见表9-4）；

N——实际贯入30cm的击数。

表9-4　杆长校正系数

但是，国际通用标准不强调根据杆长进行修正。国外对N值的修正包括饱和粉细砂的修正、地下水位的修正、土的上覆压力的修正。通过实测杆件的锤击应力波，发现锤击传输杆件的能量变化远大于杆长变化时能量的衰减，因此建议不做杆长修正的N值是基本数值，在工程地质勘察报告中给出不做修正的原始N值。

N可用于以下方面：

1）标准贯入试验成果N值可直接标注在工程地质剖面图上，也可绘制单孔标准贯入击数N与深度关系曲线直方图。统计分层标贯击数平均值时，应剔除异常值。

2）确定地基土承载力值和变形模量：国内许多勘察设计部门在这方面已取得一些经验值，均以数表或回归方程形式在各自的勘察规范中列出，以供查阅，这里不再介绍。

3）评价砂土的密实度：应用N评价砂土的密实程度效果较好，见表9-5。

表9-5　按锤击数N判定砂土密度

注　数据来自于《建筑地基基础设计规范》。

此外，利用N划分土层、评价砂土振动液化在新规范中都有应用。由于标准贯入受影响因素较多，即便是相同地层，不同的标准贯入试验装备有不同的人来操作，也会得出不同的标贯数据，因此，标贯数据的应用一定要与其他原位测试数据和室内试验数据结合。